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"Perfectionnements aux appareils à évaporer, notamment pour solutions sucrées"
Les appareils à évaporer ont fait l'objet de nombreux tra- vaux en vue d'analyser les détails particulièrement complexes de leur fonctionnement et d'augmenter leur rendement.
Les essais effectués ont montré que les coefficients de transmission dans les appareils à tubes verticaux - de beau- coup les plus utilisés - variaient beaucoup: la - en fonction de la vitesse du mélange liquide-vapeur montant dans les tubes ; 2 - en fonction de la proportion vapeur/liquide du mélange.
Plus particulièrement dans les appareils à tubes courts, la vitesse du jus est trop faible à la base des tubes et la pro- portion vapeur/liquide, nulle à la base, atteint en général des valeurs considérables dans les régions supérieures des tubes, de sorte que la paroi intérieure des tubes ne s'y trouve plus suffisamment mouillée.
Il en résulte des inconvénients graves : le coefficient de transmission ne prend des valeurs convenables que sur une par-
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tie seulement de la hauteur des tubes, il y a danger d'alté- ration du liquide et une tendance rapide des tubes à l'entar- trage.
Divers dispositifs ont été proposés pour remédier à ces inconvénients.
On a songé, par exemple, à réunir les avantages des appa- reils à tubes longs avec ceux des appareils à tubes courts, en divisant l'appareil à tubes courts en plusieurs comparti- ments et en faisant parcourir ceux-ci successivement par la matière à traiter, la descente entre les compartiments succes- sifs se faisant par des conduites non chauffées.
On a proposé de faire précéder l'appareil à évaporer d'un appareil auxiliaire du type réchauffeur, de manière à avoir dès l'entrée dans l'appareil principal, un mélange liquide- vapeur que l'on répartit ensuite sous les divers tubes par un dispositif spécial de distribution.
On a également proposé d'injecter de la vapeur vive à la base des tubes. Outre que ce procédé n'est pas économique, on s'est heurté à la difficulté de répartir uniformément cette vapeur entre un nombre élevé de tubes .
La présente invention a pour objet un appareil à évaporer qui réalise les meilleures conditions d'évaporation par des moyens particulièrement économiques, les moyens proposés visant non seulement la construction d'appareils nouveaux, mais per- mettant également l'amélioration des appareils existants.
L'appareil à évaporer suivant l'invention est du type à tubes verticaux et divisé par des cloisons radiales en plusieurs compartiments parcourus successivement par le liquide en trai- tement, et il est caractérisé en ce que le jus introduit à la base du premier compartiment est intimement mélangé avec de la vapeur prélevée à la chambre de vapeur de l'appareil et entraînée par une vapeur motrice, au moyen d'un injecteur appro-
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prié.
Il devient possible par le dispositif suivant l'inven- tion de doser à la valeur la plus favorable la proportion vapeur/liquide du mélange à évaporer et ceci sans recourir à l'utilisation d'un appareil évaporatoire auxiliaire.
La division en plusieurs compartiments de l'espace d'éva- poration présente, dans ces conditions, l'avantage d'augmen- ter le débit de liquide dans les tubes de chaque compartiment et d'augmenter ainsi la proportion de jus nécessaire pour bien mouiller les parois.
Un objet de l'invention est de proposer un injecteur par- ticulièrement approprié pour aspirer de la vapeur dans la chambre évaporatoire de l'appareil et pour la refouler à la base d'un ou plusieurs compartiments de ce dernier.
L'injecteur suivant l'invention est un injecteur double caractérisé en ce qu'il comporte une tuyère axiale et une tuyère annulaire ou périphérique.
Un tel injecteur permet de réaliser simultanément un jet de vapeur motrice axial et un jet périphérique, et d'assurer ainsi l'entraînement d'une vapeur à basse pression avec un rendement thermodynamique excellent.
Il est également possible d'utiliser un injecteur double suivant l'invention pour assurer à la fois l'aspiration de vapeur, le mélange de celle-ci avec le jus à évaporer et l'in- jection du mélange ainsi obtenu à l'entrée de l'appareil. Il suffit pour cela d'admettre le jus à évaporer par la tuyère annulaire dudit injecteur.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront d'ailleurs de la description qui va suivre d'un mode de réalisation choisi uniquement à titre d'exemple, en réfé- rence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en élévation en coupe partielle
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suivant la ligne I-I de la figure 2 ; la figure 2 est une vue schématique en plan correspon- dant à la figure 1; la figure 3 est une vue de détail de l'injecteur.
Suivant le mode de réalisation choisi et représenté, 11 est la partie cylindrique ou calandre divisée ici en quatre compartiments 12 à 15, inégaux ; en vapeur de chauffage se fait par une ou plusieurs ouvertures d'admission telles que 16, et l'évacuation de l'eau de condensation se fait par un orifice 17.
La séparation des divers compartiments est assurée par des cloisons radiales telles que 18 s'appuyant d'une part sur la plaque tubulaire 20 ou 21, d'autre part sur le fond de l'appareil.
La hauteur de ces cloisons est suffisante pour que les gouttelettes projetées ne puissent pas passer en quantité notable d'un compartiment dans l'autre .
De la vapeur existant dans la chambre à vapeur 22 est prélevée en 23; et injectée par un injecteur 24, qui sera décrit plus en détail dans ce qui suit, au fond du premier compartiment 12, par un distributeur genre pomme d'arrosoir 25. L'introduction de jus peut s'effectuer par exemple en un point quelconque de la tubulure 26 d'amenée de vapeur et le mélange de jus et de vapeur ainsi obtenu monte avec une grande vitesse dans les tubes du compartiment 12.
Autour d'un tube central 27, sont ménagés des conduits hélicoïdaux 28,29, 30 et 31, tels que le conduit 28 par exemple, dont la partie supérieure débouche dans le comparti- ment 12, dirige le liquide s'échappant des tubes de ce com- partiment 12 au bas du compartiment suivant 13 ; même ; conduit 29 mène le liquide sortant des tubes du compartiment 13 à la base du compartiment 14 et ainsi de suite.
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Le mélange de vapeur et de liquide parcourt ainsi succes- sivement de bas en haut les tubes des compartiments successifs et finalement le jus passe du dernier conduit hélicoïdal 31 dans le tube central 27 par une communication 32 prévue à cet effet entre le conduit 31 et ledit tube central.
Le jus descendant dans les conduits hélicoïdaux 28, 29, 30 entraine avec lui sous forme de mousse de nombreuses bulles de vapeur et le plus souvent, on peut se contenter d'une seule injection de vapeur; toutefois, si le liquide à évaporer en raison de sa nature ne formait pas assez de mousse, rien n'em- pêcherait d'établir des injections de vapeur dans les autres compartiments en branchant en 33 par exemple, un collecteur de forme circulaire permettant d'alimenter un ou plusieurs autres compartimenta.
L'injecteur utilisé est de préférence du type présenté en coupe sur la figure 3. L'admission de vapeur à basse pres- sion se faisant en 34, l'injecteur comporte une tuyère centrale 35 et une tuyère périphérique 36, de sorte que la vapeur à basse pression peut être entraînée d'une part axialement par de la vapeur motrice à plus ou moins haute pression admise, en 37, d'autre part et simultanément par de la vapeur motrice en 38. Le courant de vapeur à basse pression arrivant en 34, se trouve ainsi entraîné à la fois axialement et périphériquement par deux jets dont l'action conjuguée est de nature à amélio- rer le rendement thermodynamique de l'ensemble.
Il est également possible d'utiliser un injecteur double de ce genre en faisant arriver dans l'espace annulaire le jus frais à introduire dans l'appareil à la place de vapeur motrice.
Cette variante de réalisation de l'invention présente l'avan- tage de fournir d'une façon sûre et simple une émulsion, mélan- ge intime de jus et de vapeur dont il sera facile d'assurer la répartition uniforme entre les tubes du premier compartiment.
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La vapeur motrice utilisée dans l'injecteur peut être soit de la vapeur prélevée sur le faisceau tubulaire de l'ap- pareil, soit une vapeur directe d'une pression plus ou moins élevée.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit qui n'a été choisi qu'à titre d'exemple ; sortir du cadre de l'invention, il est possible d'imaginer de nom- breuses variantes, par rapport au dispositif représenté ; tube central 27 par exemple n'est pas obligatoire pour évacuer le jus du dernier compartiment, cette évacuation peut s'effec-
31 tuer également par le dernier conduit hélicoïdal/lui-même .
Au lieu de distribuer entre plusieurs compartiments la vapeur fournie par un injecteur unique, il est également possible de monter un injecteur individuel pour chacun des compartiments à la base desquels on désire injecter de la vapeur.
L'injecteur double suivant l'invention est susceptible de recevoir des applications différentes de celles décrites ici en liaison avec les appareils évaporatoires, dans les domaines les plus divers.
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"Improvements to evaporating devices, in particular for sweet solutions"
Evaporators have been the subject of much work with a view to analyzing the particularly complex details of their operation and increasing their efficiency.
The tests carried out have shown that the transmission coefficients in apparatus with vertical tubes - which are many the most widely used - vary widely: la - as a function of the speed of the liquid-vapor mixture rising in the tubes; 2 - depending on the vapor / liquid ratio of the mixture.
More particularly in machines with short tubes, the speed of the juice is too low at the base of the tubes and the vapor / liquid proportion, zero at the base, generally reaches considerable values in the upper regions of the tubes, so that the inner wall of the tubes is no longer sufficiently wet.
This results in serious drawbacks: the transmission coefficient only takes suitable values over a part.
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Only from the height of the tubes, there is a danger of alteration of the liquid and a rapid tendency of the tubes to scale.
Various devices have been proposed to remedy these drawbacks.
Consideration has been given, for example, to combining the advantages of long-tube apparatus with those of short-tube apparatus, by dividing the short-tube apparatus into several compartments and by passing these successively through the material. to be treated, the descent between the successive compartments taking place via unheated pipes.
It has been proposed to precede the device to be evaporated by an auxiliary device of the heater type, so as to have, as soon as it enters the main device, a liquid-vapor mixture which is then distributed under the various tubes by a special distribution device.
It has also been proposed to inject live steam at the base of the tubes. Apart from the fact that this process is not economical, the difficulty has been encountered in distributing this vapor uniformly between a large number of tubes.
The object of the present invention is an evaporating apparatus which achieves the best evaporation conditions by particularly economical means, the means proposed not only aiming at the construction of new apparatuses, but also allowing the improvement of existing apparatus.
The evaporating apparatus according to the invention is of the type with vertical tubes and divided by radial partitions into several compartments successively traversed by the liquid being treated, and it is characterized in that the juice introduced at the base of the first compartment is intimately mixed with the steam taken from the steam chamber of the device and entrained by a motive steam, by means of an appropriate injector.
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prayed.
It becomes possible by the device according to the invention to dose the vapor / liquid ratio of the mixture to be evaporated to the most favorable value, and this without resorting to the use of an auxiliary evaporating device.
The division into several compartments of the evaporation space has, under these conditions, the advantage of increasing the flow of liquid in the tubes of each compartment and thus of increasing the proportion of juice necessary for good. wet the walls.
An object of the invention is to provide an injector which is particularly suitable for drawing steam into the evaporating chamber of the apparatus and for discharging it to the base of one or more compartments of the latter.
The injector according to the invention is a double injector characterized in that it comprises an axial nozzle and an annular or peripheral nozzle.
Such an injector makes it possible to simultaneously produce an axial driving steam jet and a peripheral jet, and thus ensure the entrainment of a low pressure steam with excellent thermodynamic efficiency.
It is also possible to use a double injector according to the invention to ensure both the suction of steam, the mixture of this with the juice to be evaporated and the injection of the mixture thus obtained at the inlet. of the device. It suffices for this to admit the juice to be evaporated through the annular nozzle of said injector.
The characteristics and advantages of the invention will moreover emerge from the description which follows of an embodiment chosen solely by way of example, with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a partial sectional elevation view
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along line I-I of Figure 2; Figure 2 is a schematic plan view corresponding to Figure 1; FIG. 3 is a detail view of the injector.
According to the embodiment chosen and shown, 11 is the cylindrical part or shell divided here into four compartments 12 to 15, unequal; heating steam is done through one or more inlet openings such as 16, and the evacuation of condensation water is through an orifice 17.
The separation of the various compartments is ensured by radial partitions such as 18 resting on the one hand on the tube plate 20 or 21, on the other hand on the bottom of the device.
The height of these partitions is sufficient so that the projected droplets cannot pass in appreciable quantity from one compartment to the other.
Steam existing in the steam chamber 22 is taken from 23; and injected by an injector 24, which will be described in more detail in what follows, at the bottom of the first compartment 12, by a sprayer-type distributor 25. The juice can be introduced for example at any point. of the pipe 26 for supplying steam and the mixture of juice and steam thus obtained rises with high speed in the tubes of the compartment 12.
Helical conduits 28, 29, 30 and 31 are formed around a central tube 27, such as conduit 28 for example, the upper part of which opens into compartment 12, directs the liquid escaping from the tubes. this compartment 12 at the bottom of the next compartment 13; even ; conduit 29 leads the liquid coming out of the tubes of compartment 13 to the base of compartment 14 and so on.
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The mixture of vapor and liquid thus passes successively from bottom to top through the tubes of the successive compartments and finally the juice passes from the last helical duct 31 into the central tube 27 through a communication 32 provided for this purpose between the duct 31 and said central tube.
The juice descending in the helical conduits 28, 29, 30 carries with it in the form of foam numerous bubbles of steam and most often, one can be satisfied with a single injection of steam; however, if the liquid to be evaporated due to its nature did not form enough foam, nothing would prevent steam injections from being established in the other compartments by connecting, at 33 for example, a circular shaped manifold allowing to '' feed one or more other compartments.
The injector used is preferably of the type shown in section in FIG. 3. As the low pressure steam is admitted at 34, the injector has a central nozzle 35 and a peripheral nozzle 36, so that the nozzle Low pressure steam can be driven on the one hand axially by motive steam at more or less high pressure admitted, at 37, on the other hand and simultaneously by motive steam at 38. The stream of low pressure steam arriving at 34, it is thus driven both axially and peripherally by two jets, the combined action of which is such as to improve the thermodynamic efficiency of the assembly.
It is also possible to use a double injector of this type by causing the fresh juice to be introduced into the apparatus to arrive in the annular space instead of motive steam.
This variant embodiment of the invention has the advantage of providing, in a safe and simple manner, an emulsion, an intimate mixture of juice and steam, the uniform distribution of which will be easy to ensure between the tubes of the first. compartment.
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The motive steam used in the injector can be either steam taken from the tube bundle of the apparatus, or direct steam of a more or less high pressure.
The invention is not limited to the embodiment described which was chosen only by way of example; departing from the scope of the invention, it is possible to imagine many variants, with respect to the device shown; central tube 27, for example, is not obligatory to evacuate the juice from the last compartment, this evacuation can be carried out
31 also kill by the last helical duct / itself.
Instead of distributing the steam supplied by a single injector between several compartments, it is also possible to mount an individual injector for each of the compartments at the base of which it is desired to inject steam.
The double injector according to the invention is capable of receiving applications different from those described here in connection with evaporative apparatus, in the most diverse fields.